[发明专利]Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种在载体运动中通过自适应调整天线姿态实现与卫星通信的方法及装置，具体地说是一种Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法及装置。

背景技术

卫星通信地球站需要卫星通信天线的波束始终指向卫星。波束的定向技术主要有两种，一种是通过机械方法使天线主波束始终对准卫星，这种系统被称为机械式天线系统；另一种是使用电扫描跟踪，利用相控阵技术实现天线波束的扫描跟踪，天线的机械结构不动或少动，这种系统被称为相控阵天线系统。机械式天线系统具有结构简单，增益高，成本低的优点，而相控阵天线系统结构复杂，增益低，成本高，比机械式天线系统要贵很多，一般用户单位难以承受。

在移动载体上，如车、船等卫星通信场合，一种情况是通信主体可以移动空间位置，但要等通信设备或其载体移动结束后才能实现通信，不能边移动边通信，这种情况也叫机动通信，如现有的一些车载卫星地面站；另一种是能实现运动过程中的不间断通信，可在移动中通信，也叫“动中通”。对于使用抛物面天线进行卫星通信的系统，要在运动的载体上进行通信，就需要一套自动化程度很高的控制系统来保证天线的指向不受载体运动的影响，特别是在Ka波段，天线的波束更窄，对天线的指向精度要求十分严格，对其精度、可靠性及长时间指向稳定的要求更高。

在Ka波段，使用面天线系统实现移动中的卫星通信，保证运动载体上天线指向稳定的技术有稳定和跟踪二个基本要求，它涉及到：一、载体的运动是隔离还是通过天线的反向运动补偿来进行；二、指向信息的检测基准是建立在载体上还是稳定于绝对空间的平台上或直接建立在天线上；三、采用何种稳定方法；四、长时间工作所产生累积误差如何消除。

为了解决上述问题，目前共有三种方法：

第一种是在运动载体上引入绝对基准，然后检测天线相对于基准的偏差，再利用伺服系统控制天线纠正指向偏差。这种方法对基准和伺服系统的要求均很高，在载体运动比较剧烈的场合，这种方法在经济性和性能方面均难以达到实用的要求。

第二种方法是引入一个稳定水平平台使其在载体运动时保持在绝对空间相对不动，天线安装在平台上，平台本身用机械陀螺等装置加以稳定。

第三种方法是不设稳定平台，而实时检测载体的运动，然后控制天线作反向补偿运动，最终保持天线指向。

上述三种方法均难以胜任载体运动比较剧烈的场合，普遍存在精度不高，漂移误差修正困难，连续工作时间短的问题，无法满足战争条件下通信工作的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的动态卫星通信跟踪方法均无法适应剧烈运动载体的问题，发明一种能适合各种运载条件的精度高且能连续长时间工作的Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种Ka波段移动卫星通信天线姿态自动调整方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，利用GPS实时获取经纬度值控制天线的极化角、初始的方位角和仰角；

其次，将天线安装在采用三根正交轴组成的天线悬浮装置上，利用天线本身的重心为基本稳定核心，将运动载体的三个转动自由度和天线的三个转动自由度隔离开来，从而实现悬浮隔离；

第三，在进行悬浮隔离的过程中，采用在3根正交轴上分别配置3个驱动电机和3个FOG传感器(即光纤陀螺传感器，它们均被安装在底座的上部而与运载工具无关)的方法来消除机械轴支撑由于轴上轴承在转动时的摩擦力对天线指向精度的影响，利用FOG传感器直接检测天线相对于绝对空间的转动角速度，并将检测到的信号直接传给控制板，控制板将这些信号进行PID即比例积分微分变换后驱动3个对应的电机作相应的转动，从而驱动天线，使天线姿态稳定在预定位置指向上，并使天线瞬态指向偏差小于0.05°；

第四，通过跟踪卫星的信标信号消除前述FOG传感器漂移引起的积累偏差，也就是消除指向偏差，实现卫星通信功能；所述的跟踪卫星的信标信号的方法是：当天线接收设备接收到的信标信号小于设定值时，天线停止跟踪，保持稳定状态；当天线接收设备接收到的信标信号大于设定值时，通过交替驱动方位轴和/或俯仰轴的转角来保证天线对准通信卫星，以达到消除指向偏差的目的。

所述跟踪卫星的信标信号的方法是：当天线接收设备接收到的信标信号大于设定值时，立刻驱动天线的方位轴转动0.1～0.3度，控制板将转动后天线接收设备上接收到的信标信号值与前一个接收到的信标信号值进行比较：

如果比前一个信标信号值大，则表示天线转动的方向正确，控制器就再将方位轴转动0.1～0.3度，然后再进行比较，直至后一个信标信号值小于前一个信标信号值；